基于NGN的矿用综合业务调度通信系统

【摘要】针对推进我国三网合一以及完善煤矿通信系统的趋势，分析了现代煤矿调度通信系统的业务需求，提出了一种基于下一代网络技术的矿用综合业务调度通信系统，并构建了一个有效的系统模型。基于TDM和IP的多网融合调度平台，采用功能模块化的开发模式，设计并实现了行政电话、调度电话和IP语音接入等语音功能模块，为煤矿井上井下调度通信提供了一种可行方案。

【关键词】NGN；三网合一；语音调度；IP接入

0.引言

随着下一代NGN网络技术不断普及和完善，当前传统的通信设备终将被淘汰。目前国际国内通信界已经停止了传统电路交换设备新技术的研发。BT（英国电信）从2008年始不再更新电路交换设备。2010年元月21日国务院《关于印发国务院关于印发推进三网融合总体方案的通知》（国发[2010]5号文），我国已经从国家层面，以光纤传输的以太网为基础，强力推动三网合一（电信网[电话]，广播电视网[视频]和互联网[数据]）业务[1-2]。

2010年国家安全监管总局国家煤矿安监局发布关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”安监总煤装的文件，按照《煤矿安全规程》在灾变期能够及时通知人员和实现与避险人员通话的要求，建设完善矿井通信联络系统。矿用调度通信系统是煤矿指挥生产不可缺少的重要现代化管理工具，调度指挥水平直接关系到整个企业的生产效率和经济效益。随着时代的进步，科学技术的发展，调度通信系统已经逐步从简单的语音系统发展成为复杂的能够传输语音、图像和数据等各种信息的综合业务数字通信网络[3-5]。为了能及时、灵活、准确地调度指挥生产，适应将来发展的需要，根据现实情况及将来发展的要求，本文研究并设计了基于NGN的矿用综合业务调度通信系统。

1.现代煤矿调度通信系统的需求分析

新的大中型煤炭企业，需要生产调度通讯系统具备更加灵活的组网功能及直通调度功能，提高管理效率。在矿难发生的第一时间保证通话不受外界破坏力影响，才能取得最大力度的救援支持。根据创建煤矿三网合一、完善煤矿六大系统的目标，总结出矿用综合业务调度通信系统的业务需求[6-7]，描述如下：

（1）调度与应急指挥系统和监控监测系统高效联动的需求

先进的多媒体调度与应急指挥系统应该能够与“数字化矿井”的其他监测监控系统实现高效联动，提高处理突发事件的效率和一体化科学管理的效率。这些系统主要是指煤矿安全监控系统、数字工业电视监控系统与其他监控监测系统，通过NGN网调度平台可与整个系统有效融合，实现应急联动功能。

（2）集生产通信调度与紧急救援于一体的需求

目前，大部分煤矿已经建设了瓦斯监控、通风检测、人员定位、视频监控、移动指挥等系统，实现了煤矿安全生产的基本应用。但由于各系统之间彼此独立，不能综合应用各种信息、进行统一的应急指挥调度。因此，一个高效的煤矿安全生产应急指挥调度系统应该能够将已建的各种系统进行完好的融合，提高有效信息的利用率。井下应急系统能有效、及时地指挥组织救援工作，提高救援效率，充当媒体安全生产的“生命线”作用。事故发生后，时间就是生命，救护人员早一分钟赶到现场，遇险者就多一分生存的希望。

（3）客户多样化的需求

信号传输和带宽都是严重的限制。在当前网络现代化的驱动，矿用综合业务调度通信系统开创性的植入各种多媒体模块，在新的电话服务中，全彩色、全动感的带有白板能力的电视会议，传真，视频、数据报表、传真、短信、电子邮件、语音信箱等现代化的多媒体业务。所有这些新性能带来的，给煤矿通信带来巨大的好处，可以用一种以前从来没有经历过的方式来方便地交换信息。

2.矿用综合业务调度通信系统分析

矿用综合业务调度通信系统是以煤矿“数字化矿井”整体建设构架为指导原则，完整意义上的实现煤矿安全生产的井上井下集有线通讯于一体，日常生产指挥调度和应急救援通讯于一体，用户信息状态显示和位置信息显示于一体，语音和视频信息为一体，矿井综合自动化测控系统和智能通讯系统联动报警于一体的综合解决方案。

该系统综合了通讯领域的各种TDM、VoIP的先进技术，不但可以充分利用现有的煤矿内部或电信已建TDM网络搭建指挥调度系统和行政办公系统，而且可以依托煤矿已有的Intranet或Internet网络，为煤矿构筑多业务一体化的通讯平台[8]。矿用综合业务调度通信系统既满足当前各行业调度运行的需要，又充分兼顾了今后技術发展和调度通信信息综合化的要求，可以有效节省煤矿的IT管理费用、提升煤矿形象、提高煤矿员工的工作效率。

矿用综合业务调度通信系统支持完善的基本业务，并提供丰富的补充业务，可以最大程度的满足煤矿用户多样的业务需求，量身定制更多更灵活的增值业务应用。

3.矿用综合业务调度通信系统的模型构建与实现

矿用综合业务调度通信系统是一个全新的、基于TDM和IP的多网融合调度平台，包括行政电话、调度电话、IP语音接入几个子系统。另外，系统需实现电话录音、电话会议等功能。系统内所有的有线用户均可以同一进行编号，便于生产调度和指挥。矿用综合业务调度通信系统典型组网图如图1所示。

3.1 行政电话系统模块

由运营商或者上级行政总机提供一条2M数字中继作为矿内和外界进行呼入、呼出通话的通信线路，信令方式可以采用中国一号、或者中国七号信令作为呼叫控制信令。该2M数字中继可接入到矿用综合业务调度通信系统中，这样和外线的呼入、呼出电话通过该2M数字中继实现语音畅通。

呼叫方式为：矿方可以采用短号直呼方式、矿方与外界之间可以采用长号直呼方式，即直拨各自对方被叫的直线电话即可，这样既保证了直线电话的快捷、便利的特点，又不影响对各矿内线电话的工作联络。

3.2 调度电话系统模块

矿用综合业务调度通信系统的调度电话系统模块使用成熟高性能的CPU和DSP器件，并使用嵌入式实时操作系统和高效的算法，具有优异的性能。同时该模块提供了最全面的接口、协议和业务的支持，具有最优异的组网能力和兼容性，并配套有全面的运营平台，适合于各种规模的网络建设。

调度电话系统模块采用模块化插板式设计，支持多种接口板卡，可以根据需求灵活的提供不同的功能，并可根据容量平滑扩容。系统可提供本地模拟用户接入、本地模拟中继接入、189智能调度台接入、多媒体调度终端接入，也可以通过局域网或广域网连接IP终端设备，或通过数字中继接口连接企业和电信的PBX设备。特别的，可以通过PRA窄带接口连接PHS基站下帶PHS移动终端。

在网络侧，调度电话系统模块内置了接入网关和中继网关的功能，并外置了网守设备。对于煤矿的异地分之机构，该系统可以分别布放在各地区（还可用于组建内部网络）完成分支机构的互连，在小的临时办事处可以直接使用具有FXO接口的IAD布放办公电话，各地统一拨号方案，方便煤矿应用并节省了长途话费的开支。

3.3 IP语音接入系统模块

IP语音接入系统模块的语音网关是基于全新硬件平台和软件平台的高性能、高密度和强功能的VoIP网关系统，主要是定位于煤矿行业的VoIP组网方案应用，提供一种能够满足IP语音、模拟用户接入、调度井下用户等综合语音业务的应用，来满足煤矿多用户接入的需要。矿用语音网关可基于工业以太网等网络传输平台传输IP语音包和SIP控制信令，系统具有组网灵活，扩容方便等优点，可和任何型号的调度交换机进行连接[9]。

由于煤矿的三网合一要求，在井下IP接入网关出现网络或设备故障时，（下转封三）（上接第173页）自动切换至传统的PSTN线路，并且号码要保持一致，不影响功能使用。本矿用综合业务调度通信系统具有网络侧和电路侧倒换装置的功能，当日常使用的网络侧电话由于网络端的原因（如：网络丢包率过高、网络断线、网关失电等）出现故障时，系统会自动切换至电路侧进行工作。但是，当前正在通话的该通电话会发生中断。也就是说，通话过程中，如果网关出现故障，能自动切换至电路侧的逃生功能，但该次通话是会中断的，必须重新拨号。IP语音接入系统模块组网示意图如图2所示。

另外，该IP语音接入模块还可用于井上某矿的各矿井间隔距离较远、但又具备光纤网络的状况。由于不方便铺设电缆，采用基于光纤以太网平台，通过架设若干台IP语音接入模块的方式，实现对远端用户线的语音接入，是对该矿在这种客观状况下实现话音通信的较为理想的方式。

3.4 录音系统模块

在钢铁、电力、煤炭调度，公安监听，防汛报警，金融行业等较特殊的领域，对语音工作的发生过程都需要有准确可靠的记录，特别是关键岗位、关键时间的实时语音通信都要求必须进行录音操作。随着社会技术的进步，这些领域自身对可靠的语音处理效果的追求，使得对老式录音设备的社会适应性出了有力的挑战。

本矿用综合业务调度通信系统的录音系统以高稳定性语音处理芯片为硬件平台，采用DSP及计算机网络处理技术，单机可监控多路电话并行工作，自动化程度高，信息存储量大，效率高，节约成本，并且录音信息可转贮在以太网络的任意存储介质中。

3.5 会议系统模块

煤矿领导下达行政命令、指挥生产调度、抢险救灾等都离不开会议系统装置，近年来随着我国国力的大大增强以及现代信息处理技术的飞速发展，各企事业单位等对办公现代化的要求也越来越高，会议系统的配置越来越专业，功能也越来越强大。

本矿用综合业务调度通信系统的会议系统模块内置于调度主机系统中，可通过话机或调度台进行会场的预设，或者召开临时会场。在会议召开前或进行中，可以随时把需要加入会场的内、外线用户或中继拉进当前会场，同时可以对会场中成员进行动态的主讲、听众身份的切换。采用集成在调度主机内部的会议系统，稳定可靠，不受外界环境的影响，尤其不受基于IP网络会议系统的网络环境的影响，完全可以保障系统的正常运行。图3为矿用综合业务调度通信系统的图形用户界面。

4.矿用综合业务调度通信系统的功能优势

4.1 分布式部署，实现应急联动

（NGN）环网多媒体调度与应急指挥系统采用的是分布式架构，分布在不同区域和省市的相关人员，都可通过网络和（NGN）环网调度台软件进行调度管理、通话、调度管理。

4.2 强大的指挥调度功能

支持点对点、点对多点、越级指挥、多调度台分组协同指挥、插入、广播、会议等指挥调度模式，专用录音录像服务器，以及一键直通、强插、强拆及调看调听等调度业务功能，方便不同指挥调度关系的上传下达。

4.3 IP接入

IP接入语音网关局端设备是若干台设备在语音接入设备的汇聚，实现矿井所有语音的交换和汇总，并完成和调度总机的互连互通。结合煤矿通信系统对语音调度的需求，IP接入技术有如下功能优势：

（1）通信传输网络工业以太网出现网络故障后，通讯系统可从IP网络自动转为PSTN网，待网络故障处理后，可以转回到IP网络。

（2）井下网关送电的初始化时间内，可在1分钟之内不出现“通讯盲区”，此时，通信网络应为PSTN网络，当网关正常后，自动转为以太网。

（3）多部电话同时呼叫调度总台，调度总台能根据优先级自主选择接听用户，并能保留多方通话，用户与调度台之间通话私密，互不干扰。

（4）利用本安网关通讯的电话机，拨号或者通话允许有2秒的延迟现象。

4.4 组网优势

基于（NGN）环网的多媒体调度与应急指挥系统与传统数调系统的组网相比具有如下优点：三网合一、无距离限制、方便扩容；操作简单、支持二次开发、双机热备。

对比之下，PSTN调度系统具有布线维护复杂、传输距离短、组网困难；操作繁琐、无法双机热备、无法快速联动等弱点。

4.5 功能强大的应急系统功能

（1）PTT一键式对讲：支持PTT对讲功能，操作人员只需要按下终端PTT键即可快速发起组呼，及时传递必要信息；

（2）救生引导：在出现突发事件时，可直接播放应急预案中设置好的预案语音文件，实现突发事件的快速引导，且可与现行报警系统对接，实现报警联动广播功能；

（3）应急预案：调度系统可以和应急预案系统进行对接，當紧急情况发生时，系统可以自动按照预案设置进行应急调度操作，无需人工干预，极大提高应急响应速度；

（4）通话录音：实时录音系统，记录整个应急作业过程中的任务下达、信息收集，以及处理过程中的一言一行，既是宝贵的经验资料又为日后的排查提供证据；

（5）双机热备：调度终端可实现在注册到中心（NGN）环网调度机的同时也注册到提供设备的服务器、调度机或者（NGN）环网-PBX，在最大程度上保证井上和井下的通信畅通；

（6）紧急呼叫：系统具备预占优先呼叫能力，在紧急情况发生时，能拆除其他不重要呼叫资源来保障紧急呼叫的线路，最大程度保障应急通讯畅通；

（7）视频调度功能：通过可视化终端，调度员可以监控现场图像。视频监控终端还可以和语音设备进行联动，可进行同步的语音视频通话。

4.6 完善的维护管理功能

（1）矿用综合业务调度通信系统后台管理示意图如图4所示，采用中文窗口设计，实时状态显示，使得维护操作及管理人员可以及时了解系统状态，直观简明地完成所有系统维护管理操作；

（2）完善的监控、监测系统，可凭最直观的图像随时给予维护人员最实时的设备状况；

（3）完成本地数据的设置、上传、下载、备份；

（4）基于WEB的近端/远程集中网管、数据设置、传输；

（5）基于WEB的近端/远程集中网管、状态监控、故障定位。

图4 矿用综合业务调度通信系统后台管理示意图

5.结语

三网合一融入煤矿通信系统是现代煤矿的发展趋势。本文提出了基于NGN的矿用综合业务调度通信系统，根据现代煤矿调度通信系统的需求分析，构建了一个功能完善的系统模型。该系统的行政电话、调度电话和IP语音接入等功能模块具有良好的功能优势，能够满足现代煤矿安全生产中的调度通信业务需要，为煤矿井上井下调度通信提供了一种可行方案。

参考文献

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[9]林晓鹏.IP语音网关的功能分析及系统实现[J].计算机技术与发展，2010，20（3）：199-202.

基金项目：国家自然科学基金资助项目（项目编号：50904070，51274202）；中国博士后基金资助项目（项目编号：20100471412）；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目（项目编号：2010QNA48）；江苏省青蓝工程；国家大学生创新性实验计划资助项目（项目编号：121029031）；国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目 （项目编号：2012AA062103）。

作者简介：张鹏（1982—），男，江苏常州人，学士，中国矿业大学信息与电气工程学院研究生在读，工程师，中煤科工集团常州研究院有限公司检测中心监控所副所长，从事监控产品检测检验工作，发表论文多篇。